开绕组少稀土组合励磁永磁无刷电机容错控制研究

来源 :江苏大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:xiade522
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随着能源危机和环境污染问题日益突出,电动汽车作为缓解能源危机和环境压力的重要途经受到越来越多的关注。永磁电机凭借其高转矩密度、高效率和良好的动态响应性能等优点在电动汽车领域得到广泛应用,但稀土永磁材料作为国家重要的战略资源,关系国计民生,为减少稀土等材料的消耗,采用稀土材料与非稀土材料组合励磁的少稀土类永磁电机成为目前研究的热点之一。对于车用电机驱动系统而言,其端电压受车载电池容量和电压等级的限制,一定程度上制约了电机的转速调节范围和功率密度,而采用共直流母线开绕组双逆变器拓扑结构可以在电动汽车电池容量受限的情况下提高输出功率、拓宽电机转速运行范围,其在电机驱动系统中的应用受到广泛关注;同时电机及其驱动系统作为电动汽车的核心部件,其可靠性和容错性直接关系到驾驶人员的生命安全,因此研究共直流母线开绕组少稀土组合励磁永磁无刷(Hybrid Permanent Magnet Material Brushless,HPMM-BL)电机容错控制具有重要意义。本文首先介绍了少稀土组合励磁永磁无刷电机的定转子结构,并结合HPMM-BL电机反电势的特点搭建了共直流母线开绕组电机的数学模型。同时针对共直流母线开绕组系统中固有的零序电流的问题,提出了基于嵌入式重复控制(Repetitive Control,RC)的零序电流控制器,通过零序电流闭环控制,抑制了系统中周期性变化的零序电流,并给出了RC控制器的参数整定过程。虽然零序电流抑制策略可以有效地减少共直流母线开绕组系统中的零序电流,但是却会相应地减小开绕组系统的调制范围,因此,本文提出了一种移相解耦调制策略,在解耦调制的基础上,将两个逆变器电压矢量间的夹角作为一个控制量,即可以采用统一调制方式来同时获得宽调速范围和低零序电压,简化了调制方式。其次,针对目前共直流母线开绕组容错方式未充分利用双逆变器结构的冗余性,且容错后电机调速范围较小的问题,提出了基于桥臂复用原理的容错控制方法,针对单桥臂故障,给出了四种相应的容错拓扑结构及其调制方式,通过比较不同容错拓扑结构和不同解耦角度下容错运行时的电压范围,得到了调制范围最优的容错控制方式,并将其推广到两桥臂故障时的容错控制,得到统一的容错拓扑结构及其容错调制策略。同时提出了基于死区时间补偿和基于RC控制器的零序电压抑制策略,有效地解决了容错模式下零序电压对开绕组系统运行性能的影响。最后,本文基于dSPACE DS1007搭建了共直流母线开绕组少稀土组合励磁永磁无刷电机的实验平台,并对所提算法进行了仿真和实验验证,实验结果证明了算法的有效性和正确性。
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